臺(tái)風(fēng)“摩羯”路徑轉(zhuǎn)折預(yù)報(bào)和診斷分析

于慧珍，馬 艷，韓旭卿，時(shí)曉曚

（1.山東省青島市氣象局，山東 青島 266003；2.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250031；3.國家氣象中心，北京 100081）

引 言

近年來隨著國內(nèi)外監(jiān)測(cè)手段的發(fā)展，各種外場(chǎng)試驗(yàn)的集中實(shí)施、數(shù)值模式、資料同化理論和技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)臺(tái)風(fēng)的研究取得了巨大進(jìn)步［1-4］，臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)水平顯著提高，預(yù)報(bào)誤差明顯減?。?］。但目前對(duì)于移動(dòng)方向突然改變的臺(tái)風(fēng)路徑還不能有效預(yù)報(bào)［6］，突變路徑的預(yù)報(bào)誤差明顯大于平均預(yù)報(bào)誤差［7］，突變路徑的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)是目前的業(yè)務(wù)難點(diǎn)和亟需解決的問題［8-9］。

突變路徑的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差較大的原因之一是影響路徑變化的因子和物理過程復(fù)雜，比如不同尺度系統(tǒng)的相互作用［10-12］、臺(tái)風(fēng)本身的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)［13-15］、不同下墊面［12，16］等對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的影響。對(duì)于不同臺(tái)風(fēng)，影響其路徑變化的主要因子不同，研究發(fā)現(xiàn)路徑突然北折和西折的臺(tái)風(fēng)在低頻環(huán)流和天氣尺度環(huán)流的風(fēng)場(chǎng)分布不同［7］，路徑突然北折的臺(tái)風(fēng)主要受天氣尺度環(huán)流影響，而突然西折的臺(tái)風(fēng)主要受低頻環(huán)流影響［17］。除了環(huán)流背景，臺(tái)風(fēng)本身的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響臺(tái)風(fēng)路徑，臺(tái)風(fēng)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)使得臺(tái)風(fēng)向不穩(wěn)定區(qū)域［14］、非絕熱加熱大值區(qū)域［18］移動(dòng)?；诩项A(yù)報(bào)的分析表明臺(tái)風(fēng)“鲇魚”路徑是否轉(zhuǎn)折與初始時(shí)刻環(huán)流的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)有關(guān)［19］。另外，下墊面也會(huì)影響臺(tái)風(fēng)的路徑，一方面因?yàn)榕_(tái)風(fēng)的趨暖性［20-21］，另一方面不均勻下墊面加強(qiáng)了臺(tái)風(fēng)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而影響臺(tái)風(fēng)路徑［21］。

臺(tái)風(fēng)“摩羯”于2018年8月14日凌晨進(jìn)入山東，給山東帶來了大范圍的暴雨，山東北部的東營(yíng)、青州和壽光3個(gè)國家氣象站24 h降水量達(dá)到了極端降水標(biāo)準(zhǔn)（極端降水標(biāo)準(zhǔn)以歷史日降水量99%分位數(shù)為閾值）。前期各種數(shù)值模式預(yù)報(bào)的“摩羯”路徑由安徽向西北方向移動(dòng)進(jìn)入河南，強(qiáng)降水落區(qū)主要位于河南和河北南部，而實(shí)際路徑是在安徽北部轉(zhuǎn)折進(jìn)入山東，強(qiáng)降水落區(qū)主要位于山東中西部［22-23］。造成“摩羯”路徑轉(zhuǎn)折預(yù)報(bào)失敗的原因，以及當(dāng)大部分模式預(yù)報(bào)失敗的情況下是否有主觀訂正的可能值得深入研究。本文基于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)分析臺(tái)風(fēng)“摩羯”路徑預(yù)報(bào)的偏差及其原因，并基于高分辨率再分析資料對(duì)臺(tái)風(fēng)引導(dǎo)氣流和不同物理量進(jìn)行診斷分析，找出對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折預(yù)報(bào)有指示意義的物理量，以期為今后業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料、方法與個(gè)例

1.1 資 料

利用2018年8月13日20：00（北京時(shí)，下同）至14日20：00全國約27 800個(gè)加密自動(dòng)氣象站的逐小時(shí)降水量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局。臺(tái)風(fēng)“摩羯”8月12日20：00 至14日20：00 逐6 h 路徑數(shù)據(jù)來源于中國氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所［24］。ECMWF 集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來源于TIGGE（THORPEX interactive grand global ensemble）［25］數(shù)據(jù)庫，本文選用逐6 h 集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)起始時(shí)間為8月12日08：00、12日20：00、13日08：00，預(yù)報(bào)終止時(shí)間為14日20：00，水平分辨率為16 km×16 km，每個(gè)起始預(yù)報(bào)時(shí)刻包括50個(gè)集合成員。為了方便計(jì)算，所有預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)被插值到0.5°×0.5°的水平網(wǎng)格上，用于集合敏感性分析。采用水平分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為1 h的ECMWF 第五代大氣再分析資料ERA5，分析影響臺(tái)風(fēng)路徑的因子，如整層大氣能量（925～200 hPa平均假相當(dāng)位溫θse）、300 hPa的24 h變溫場(chǎng)、200 hPa輻散場(chǎng)等物理量與臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折的關(guān)系。

文中附圖涉及的行政邊界均是基于國家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS（2020）4632號(hào)的中國地圖制作，底圖無修改。

1.2 方 法

集合敏感性分析是用統(tǒng)計(jì)的方法基于集合預(yù)報(bào)樣本研究自變量和預(yù)報(bào)量之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^計(jì)算某一關(guān)注的預(yù)報(bào)量與其他量的相關(guān)關(guān)系，也可以通過對(duì)比差異巨大的集合成員特征［19，26］，來尋找影響這一預(yù)報(bào)量的關(guān)鍵因子。本文為了考察模式預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)路徑和其他量（比如位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)）之間的關(guān)系，計(jì)算區(qū)域平均的24 h（13日20：00 至14日20：00）海平面氣壓（10 m 風(fēng)速）與各物理量在不同時(shí)刻的線性相關(guān)關(guān)系，計(jì)算公式［26］如下：

式中：n代表集合成員數(shù)50；x代表區(qū)域平均海平面氣壓（10 m 風(fēng)速），xi和分別代表第i個(gè)集合成員和集合平均的海平面氣壓（10 m 風(fēng)速）；y代表其他量（位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)），yij和分別代表格點(diǎn)j上的第i個(gè)集合成員和集合平均的其他量（位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)）；corj代表格點(diǎn)j上x和y的線性相關(guān)系數(shù)。對(duì)于維數(shù)為50的樣本，雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)水平大于99%的臨界值為0.23［27］，即當(dāng)線性相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.23時(shí)，通過α＝0.01的顯著性檢驗(yàn)。

臺(tái)風(fēng)路徑既受臺(tái)風(fēng)內(nèi)部因子的作用又受環(huán)境條件的影響［15，28］，為了對(duì)比外部因素和內(nèi)部因素對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的影響，以1500 km 為濾波波長(zhǎng)，運(yùn)用二維快速傅里葉變換方法將環(huán)境背景風(fēng)場(chǎng)分為大尺度環(huán)流和臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴尺度環(huán)流［29-31］。將臺(tái)風(fēng)中心500 km以內(nèi)的大尺度環(huán)流和風(fēng)暴尺度環(huán)流分別平均得到引導(dǎo)氣流的大尺度環(huán)境分量和風(fēng)暴尺度分量。同樣的，可以將任一變量（如能量、渦度、散度等）分解為大尺度分量和風(fēng)暴尺度分量。

1.3 個(gè)例簡(jiǎn)介

臺(tái)風(fēng)“摩羯”于2018年8月12日23：00 以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴在浙江溫嶺沿海登陸，之后向西北方向移動(dòng)，14日02：00左右發(fā)生轉(zhuǎn)折，以熱帶低壓強(qiáng)度進(jìn)入山東境內(nèi)，向北偏東移動(dòng)入海后折返，最后在山東境內(nèi)減弱消散。13日20：00至14日20：00是臺(tái)風(fēng)影響山東的主要時(shí)段，24 h 累計(jì)降水量主要位于山東中西部（圖1）。

圖1 2018年8月13日08：00至14日20：00逐6 h臺(tái)風(fēng)路徑（黑色點(diǎn)線）及8月13日20：00至14日20：00 24 h累計(jì)降水量（彩色填色區(qū)，單位：mm）（紅色方框?yàn)槊舾行苑治鲋杏?jì)算平均海平面氣壓和10 m風(fēng)速的區(qū)域。下同）Fig.1 The typhoon track at 6 h interval （black dots and line）from 08：00 BST 13 to 20：00 BST 14 and 24 h accumulated precipitation （color shaded areas，Unit：mm） from 20：00 BST 13 to 20：00 BST 14 August 2018（The red box shows the area where the average sea level pressure and 10 m wind speed are calculated in the sensitivity analysis.the same as below）

2 ECMWF集合預(yù)報(bào)分析

ECMWF 集合中只有6 個(gè)成員預(yù)報(bào)（12日08：00起報(bào)）出臺(tái)風(fēng)的轉(zhuǎn)折，大部分集合成員預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)為西北行路徑，從安徽北部進(jìn)入河南，預(yù)報(bào)的暴雨主要位于河南中北部，比實(shí)況偏西。隨著預(yù)報(bào)時(shí)間的臨近，預(yù)報(bào)路徑和暴雨落區(qū)整體往東調(diào)整，但預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折的集合成員仍然很少，暴雨落區(qū)明顯比實(shí)況偏西（圖2）。

圖2 2018年8月13日08：00至14日20：00逐6 h臺(tái)風(fēng)路徑觀測(cè)結(jié)果（紅色點(diǎn)線）及ECMWF集合預(yù)報(bào)結(jié)果（黑色點(diǎn)線為非轉(zhuǎn)折路徑，藍(lán)色點(diǎn)線為轉(zhuǎn)折路徑）（a、b、c），8月13日20：00至14日20：00 24 h累計(jì)降水量大于50 mm的ECMWF集合預(yù)報(bào)概率（彩色填色區(qū)）（d、e、f）（a、d）12日08：00起報(bào)，（b、e）12日20：00起報(bào)，（c、f）13日08：00起報(bào)（綠色等值線表示實(shí)況24 h累積降水量等于50 mm）Fig.2 The observation result（red dots and line） and ECMWF ensemble forecast result（black dots and lines are the non-steering track，and the blue dots and lines are the turn track） of typhoon tracks at 6 h interval from 08：00 BST 13 to 20：00 BST 14 August 2018（a，b，c） and ECMWF ensemble forecast probability（color shaded areas） of the 24 h accumulated precipitation larger than 50 mm（d，e，f） from 20：00 BST 13 to 20：00 BST 14 August 2018（a，d） forecasted initiated from 08：00 BST 12，（b，e） forecasted initiated from 20：00 BST 12，（c，f） forecasted initiated from 08：00 BST 13（The green contour denotes the observed 24 h accumulated precipitation equal to 50 mm）

運(yùn)用二維快速傅里葉變換方法將引導(dǎo)氣流（850～300 hPa平均風(fēng)場(chǎng)）進(jìn)行尺度分解，結(jié)果顯示其風(fēng)暴尺度分量明顯小于大尺度環(huán)境分量［圖3（a）］，850～300 hPa平均大尺度環(huán)流分布與500 hPa西太平洋副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“西太副高”）環(huán)流分布類似［圖3（b）］，說明臺(tái)風(fēng)路徑主要受西太副高影響，臺(tái)風(fēng)登陸后在西太副高南側(cè)的東南氣流引導(dǎo)下向西北方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)折后在西太副高北側(cè)的西南氣流引導(dǎo)下向東北方向移動(dòng)。風(fēng)暴尺度引導(dǎo)氣流在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前指向臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的右側(cè)，臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折后指向臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的左前側(cè)。臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折時(shí)（14日02：00）大尺度引導(dǎo)氣流指向西北，而風(fēng)暴尺度引導(dǎo)氣流指向東北，臺(tái)風(fēng)實(shí)際路徑位于兩個(gè)引導(dǎo)氣流之間，說明臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折受大尺度和風(fēng)暴尺度引導(dǎo)氣流即臺(tái)風(fēng)本身結(jié)構(gòu)共同影響［圖3（a）］。

圖3 2018年8月12日20：00至14日20：00逐6 h引導(dǎo)氣流的大尺度分量（紅色箭頭，單位：m·s-1）、風(fēng)暴尺度分量（藍(lán)色箭頭，單位：m·s-1）（a），8月14日02：00 850～300 hPa平均大尺度環(huán)流（風(fēng)矢量，單位：m·s-1）、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（黑色等值線，單位：gpm）（b）（黑色點(diǎn)線為2018年8月12日20：00至14日20：00逐6 h臺(tái)風(fēng)路徑。下同）Fig.3 The large scale component （red arrows，Unit：m·s-1） and storm scale component （blue arrows，Unit：m·s-1） of the steering flow at 6 h interval from 20：00 BST 12 to 20：00 BST 14 August 2018 （a），the mean large scale flow during 850-300 hPa （wind vectors，Unit：m·s-1） and geopotential height field at 500 hPa （black contours，Unit：gpm） at 02：00 BST 14 August 2018 （b）（The black dots and line denotes typhoon track at 6 h interval from 20：00 BST 12 to 20：00 BST 14 August 2018.the same as below）

集合敏感性分析結(jié)果顯示區(qū)域平均海平面氣壓（10 m 風(fēng)速）與臺(tái)風(fēng)低渦、西太副高顯著相關(guān)。以ECMWF 集合預(yù)報(bào)2018年8月12日08：00 起報(bào)的13日20：00 500 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)為例（圖4），有一個(gè)明顯的相關(guān)中心（約35°N）位于集合平均的臺(tái)風(fēng)低渦東北側(cè)和西太副高西側(cè)，一個(gè)相關(guān)中心位于25°N附近。臺(tái)風(fēng)低渦附近的相關(guān)表示當(dāng)集合成員預(yù)報(bào)的西太副高在這一緯度西伸（約38°N）、臺(tái)風(fēng)低渦偏西南時(shí)，考察區(qū)域的海平面氣壓偏大（10 m 風(fēng)速偏?。?，臺(tái)風(fēng)路徑偏離考察區(qū)域較大，而當(dāng)預(yù)報(bào)的西太副高和臺(tái)風(fēng)低渦位置偏東北時(shí)，臺(tái)風(fēng)路徑偏離考察區(qū)域較小。25°N 附近的相關(guān)表示當(dāng)預(yù)報(bào)的西太副高在此緯度西伸時(shí)，臺(tái)風(fēng)路徑偏離考察區(qū)域較小。25°N 附近的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值較小，說明與臺(tái)風(fēng)路徑密切相關(guān)的是臺(tái)風(fēng)低渦和其北側(cè)的西太副高，模式對(duì)他們的預(yù)報(bào)不確定性較大。

圖4 2018年8月12日08：00起報(bào)的13日20：00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的集合平均（黑色等值線，單位：gpm）（a，b）及其分別與相同時(shí)刻起報(bào)的24 h區(qū)域平均的海平面氣壓（a）、10 m風(fēng)速（b）的線性相關(guān)系數(shù)（彩色填色區(qū)）（紅色十字為13日20：00觀測(cè)的臺(tái)風(fēng)位置）Fig.4 The ensemble mean of geopotential height at 500 hPa at 20：00 BST 13 forecasted initiated from 08：00 BST 12 August 2018（black contours，Unit：gpm） （a，b） and correlation coefficient （color shaded areas） between it and the 24 h area-averaged sea level pressure （a），wind speed at 10 m （b） forecasted at same initiated time（The red cross denotes the observed typhoon location at 20：00 BST 13 August 2018）

引導(dǎo)氣流和集合敏感性分析結(jié)果表明，除了臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)路徑主要受其北側(cè)的西太副高位置影響。ECMWF 集合預(yù)報(bào)12日08：00起報(bào)的12日20：00 的西太副高位置已經(jīng)整體比實(shí)況明顯偏西［圖5（a）］，西太副高的集合平均結(jié)果和大多數(shù)成員預(yù)報(bào)結(jié)果在13日20：00 至14日08：00 西進(jìn)，只有少數(shù)成員預(yù)報(bào)出西太副高東退［圖5（b）、圖5（c）］，這導(dǎo)致大部分成員預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)為西北行路徑。ECMWF 集合預(yù)報(bào)的西太副高位置比實(shí)況偏西這一特征出現(xiàn)的時(shí)間（12日20：00）比臺(tái)風(fēng)實(shí)際轉(zhuǎn)折時(shí)間（14日02：00）早約30 h，在實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，可以通過對(duì)西太副高位置訂正，對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑進(jìn)行向東訂正。但在只有少數(shù)成員預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折的情況下，預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折仍需要其他理論支撐。

圖5 2018年8月12日08：00起報(bào)的12日20：00（a），13日20：00（b）和14日08：00（c）5860 gpm位勢(shì)高度的集合預(yù)報(bào)結(jié)果（黑色等值線為各成員預(yù)報(bào)結(jié)果，綠色等值線為集合平均）及實(shí)況（紅色等值線）（紅色十字代表相應(yīng)時(shí)刻臺(tái)風(fēng)的實(shí)況位置）Fig.5 The ECMWF ensemble forecast result （the black isolines for each member forecast result，green isoline for ensemble mean） of geopotential height of 5860 gpm at 20：00 BST 12 （a），20：00 BST 13 （b） and 08：00 BST 14 （c） forecasted initiated from 08：00 BST 12 August 2018 and observation （red isoline）（The red cross denotes the observed typhoon location at the corresponding time）

3 路徑轉(zhuǎn)折預(yù)報(bào)的指示因子診斷分析

臺(tái)風(fēng)具有趨暖移動(dòng)的趨勢(shì)［20-21］，臺(tái)風(fēng)的熱力非對(duì)稱結(jié)構(gòu)使得臺(tái)風(fēng)有向著強(qiáng)溫、濕不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)的趨勢(shì)［14］。假相當(dāng)位溫是包含了溫度和濕度的綜合物理量，整層大氣能量場(chǎng)（925～200 hPa 平均假相當(dāng)位溫θse）的分布顯示，在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，高能區(qū)中心軸線由西北—東南向［圖6（a）］轉(zhuǎn)為東北—西南向［圖6（d）］，與臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折的趨勢(shì)一致，中心軸線的轉(zhuǎn)向時(shí)間（13日08：00）比臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折提前約18 h，高能區(qū)中心軸線方向的變化對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的變化以及變化時(shí)間具有指示意義。此外，高能區(qū)中心往外延伸的大值區(qū)分布與臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)的趨勢(shì)一致［圖6（a）、圖6（d）］。在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，大值區(qū)軸線由臺(tái)風(fēng)中心指向東北方向，且軸線彎曲方向與臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)趨勢(shì)一致，臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折后的實(shí)際路徑位于轉(zhuǎn)折前路徑和大值區(qū)軸線之間，對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)折后的路徑具有指示意義。高能區(qū)是西太副高和臺(tái)風(fēng)之間的偏南氣流對(duì)暖濕空氣的輸送和累積，受背景環(huán)流和臺(tái)風(fēng)本身結(jié)構(gòu)的共同影響。尺度分析結(jié)果顯示整層大氣能量場(chǎng)的大尺度分量明顯大于風(fēng)暴尺度分量，不同尺度的大值中心位于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向前側(cè)，臺(tái)風(fēng)有向這些大值中心移動(dòng)的趨勢(shì)，說明不同尺度分量的高能區(qū)中心都對(duì)臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)趨勢(shì)有指示意義［圖6（b）、圖6（c）、圖6（e）、圖6（f）］。高能區(qū)大值區(qū)的彎曲分布以及中心軸線方向的變化只體現(xiàn)在風(fēng)暴尺度分量上，高能區(qū)的風(fēng)暴尺度分量對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折具有指示意義［圖6（c）、圖6（f）］。

圖6 2018年8月13日02：00（a、b、c）和13日08：00（d、e、f）925～200 hPa平均假相當(dāng)位溫θse（a、d）及其大尺度（b、e）和風(fēng)暴尺度（c、f）分量（單位：K）（綠色線、灰色線分別代表假相當(dāng)位溫高能區(qū)中心軸線方向及分布趨勢(shì)，綠色十字代表相應(yīng)時(shí)刻臺(tái)風(fēng)位置）Fig.6 The mean θse during 925-200 hPa （a，d） and its large scale （b，e） and storm scale （c，f） components at 02：00 BST 13 （a，b，c） and 08：00 BST 13 （d，e，f） August 2018 （Unit：K）（The green line and grey line represent the central axis direction and distribution trend of high energy region of θse respectively，the green cross denotes the typhoon location at the corresponding time）

研究表明對(duì)流層上層增溫對(duì)臺(tái)風(fēng)未來路徑和路徑變化具有指示意義［32-34］。對(duì)流層上層強(qiáng)增溫與臺(tái)風(fēng)高層流出氣流的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)強(qiáng)增溫區(qū)軸向發(fā)生變化時(shí)說明高層氣流的方向發(fā)生了變化。300 hPa 24 h變溫場(chǎng)分析表明，強(qiáng)增溫中心在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前位于臺(tái)風(fēng)中心的西北側(cè)［圖7（a）、圖7（d）］，轉(zhuǎn)折后位于臺(tái)風(fēng)中心東北側(cè)（圖略），臺(tái)風(fēng)有向著高層強(qiáng)增溫中心移動(dòng)的趨勢(shì)。臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，強(qiáng)增溫中心軸線由東—西向轉(zhuǎn)為東北—西南向，軸線方向變化時(shí)間比臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折提前約18 h，強(qiáng)增溫中心軸線方向的變化對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的變化以及變化時(shí)間具有指示意義。尺度分析結(jié)果顯示變溫場(chǎng)的大尺度分量和風(fēng)暴尺度分量量級(jí)相當(dāng)，不同尺度的大值中心都位于臺(tái)風(fēng)路徑的前側(cè)，臺(tái)風(fēng)有向著大值中心移動(dòng)的趨勢(shì)，說明不同尺度分量對(duì)臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)趨勢(shì)都有指示意義［圖7（b）、圖7（c）、圖7（e）、圖7（f）］。強(qiáng)增溫中心軸線的變化只體現(xiàn)在風(fēng)暴尺度上，強(qiáng)增溫的風(fēng)暴尺度分量對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折有指示意義［圖7（c）、圖7（f）］。

臺(tái)風(fēng)有向著非絕熱加熱大值區(qū)、對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)的趨勢(shì)［13-14，18］，高層輻散導(dǎo)致地面減壓和上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有利于對(duì)流的發(fā)展，臺(tái)風(fēng)有向著高空輻散中心移動(dòng)趨勢(shì)［35］。13日08：00 200 hPa 強(qiáng)輻散中心位于安徽北部—山東南部一帶［圖8（a）］，13日14：00—20：00 輻散中心位置不斷東移（圖略），臺(tái)風(fēng)有向著高層輻散中心移動(dòng)的趨勢(shì)。臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，高層輻散大值區(qū)軸線向東北方向彎曲［圖8（a）］，與臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)路徑一致，對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折具有指示意義。尺度分析結(jié)果顯示200 hPa 輻散場(chǎng)的大尺度分量明顯小于風(fēng)暴尺度分量，大尺度輻散區(qū)范圍較大，沒有明顯的大值中心［圖8（b）］，風(fēng)暴尺度輻散區(qū)的彎曲分布對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折具有指示意義［圖8（c）］。

圖8 2018年8月13日08：00 200 hPa散度場(chǎng)（a）及其大尺度（b）和風(fēng)暴尺度（c）分量（單位：10-5 s-1）（灰色線代表散度大值區(qū)的分布趨勢(shì)，紅色十字代表13日08：00臺(tái)風(fēng)位置）Fig.8 The divergence field at 200 hPa （a） and its large scale （b） and storm scale （c） components at 08：00 BST 13 August 2018 （Unit：10-5 s-1）（The grey curve denotes the distribution trend of large value area of divergence，the red cross denotes the typhoon location at 08：00 BST 13）

類似的，一些物理量也對(duì)臺(tái)風(fēng)的未來移動(dòng)趨勢(shì)有指示意義，比如臺(tái)風(fēng)有向著500、850 hPa 正渦度平流中心、500 hPa 24 h 負(fù)變高中心移動(dòng)的趨勢(shì)（圖略），這是因?yàn)檎郎u度平流和負(fù)變高都與地面減壓和上升運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)，有利于對(duì)流的發(fā)展，但這幾個(gè)物理量對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折沒有提前的指示意義。

以上分析結(jié)果表明，在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，整層大氣高能區(qū)和200 hPa 輻散大值區(qū)的分布與臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)路徑趨勢(shì)一致，臺(tái)風(fēng)實(shí)際路徑介于轉(zhuǎn)折前路徑和大值區(qū)軸線之間，他們對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)折后的路徑具有指示意義。整層大氣高能區(qū)和300 hPa 強(qiáng)增溫的中心軸線方向變化比臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折時(shí)間提前約18 h，對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折時(shí)間具有指示意義。對(duì)于整層大氣高能區(qū)、300 hPa強(qiáng)增溫和200 hPa輻散大值區(qū)，其大尺度和風(fēng)暴尺度分量都對(duì)臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)趨勢(shì)有指示意義，但是對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折有指示意義的主要是風(fēng)暴尺度分量。

4 結(jié)論和討論

基于ECMWF集合預(yù)報(bào)和ERA5再分析資料，分析影響“摩羯”臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的關(guān)鍵因子和對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折具有指示意義的物理量，主要結(jié)論如下：

（1）隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的臨近，ECMWF 集合預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)路徑和暴雨落區(qū)向東調(diào)整，但整體仍比實(shí)況偏西，只有少數(shù)集合成員成功預(yù)報(bào)出臺(tái)風(fēng)路徑的轉(zhuǎn)折。

（2）轉(zhuǎn)折前和轉(zhuǎn)折后的臺(tái)風(fēng)路徑主要受大尺度環(huán)流引導(dǎo)，但臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折還受風(fēng)暴尺度引導(dǎo)氣流即臺(tái)風(fēng)本身結(jié)構(gòu)的影響。除了臺(tái)風(fēng)自身結(jié)構(gòu)，西太副高是影響臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的關(guān)鍵天氣系統(tǒng)，ECMWF 集合預(yù)報(bào)的西太副高位置整體比實(shí)況偏西，使得大多數(shù)成員預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)為西北行路徑。2018年8月12日08：00 起報(bào)的集合中，西太副高位置偏西這一特征出現(xiàn)的時(shí)間比實(shí)際臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折早30 h，可以通過對(duì)西太副高位置的訂正對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑向東訂正，對(duì)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)訂正有指導(dǎo)意義。

（3）整層大氣能量場(chǎng)、300 hPa 24 h 變溫場(chǎng)和200 hPa輻散場(chǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折預(yù)報(bào)具有指示意義。在臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折前，整層大氣高能區(qū)和200 hPa 輻散大值區(qū)的分布與臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折趨勢(shì)一致，臺(tái)風(fēng)實(shí)際路徑介于轉(zhuǎn)折前路徑和大值區(qū)軸線之間。臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折發(fā)生在高能區(qū)中心軸線和300 hPa 強(qiáng)增溫中心軸線方向發(fā)生變化約18 h 后，這兩個(gè)中心軸線方向發(fā)生變化的時(shí)間對(duì)臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)折時(shí)間的預(yù)報(bào)具有指示意義。整層大氣高能區(qū)對(duì)轉(zhuǎn)折后的路徑和轉(zhuǎn)折時(shí)間都有指示意義，是表現(xiàn)最好的物理量。

（4）整層大氣能量場(chǎng)、300 hPa 24 h 變溫場(chǎng)和200 hPa 輻散場(chǎng)的大尺度和風(fēng)暴尺度分量都對(duì)臺(tái)風(fēng)未來移動(dòng)趨勢(shì)有指示意義，風(fēng)暴尺度分量對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折有指示意義。

在實(shí)際工作中，當(dāng)不同模式或集合預(yù)報(bào)結(jié)果存在較大差異時(shí)，上述對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑轉(zhuǎn)折有指示意義的物理場(chǎng)分析可以為主觀訂正預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。上述結(jié)論是在“摩羯”個(gè)例的分析基礎(chǔ)上得到，不同臺(tái)風(fēng)的結(jié)論可能會(huì)有不同，比如高能區(qū)中心軸線和強(qiáng)增溫軸線方向變化多長(zhǎng)時(shí)間后臺(tái)風(fēng)路徑開始轉(zhuǎn)折，需要結(jié)合更多的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行進(jìn)一步分析研究。